شبیهسازی سه بعدی جریان گل حفاری در لوله غیر هممرکز چرخان

هدف این تحقیق شبیه سازی سه بعدی جریان سیال غیرنیوتنی است. بدین منظور جریان سیال غیرنیوتنی CarboMethyl Cellulose 0.2% (CMC) در یک لوله غیر هم مرکز چرخان حل شد. از این سیال به عنوان گل حفاری در حفاری های جهت دار استفاده می شود. این سیال دارای ترکیبات ارگانیک است و در مقابل تخمیر و فساد مقاومت می کند. از CMCجهت جلوگیری از به هدر رفتن آب از ترکیب گل حفاری استفاده می شود. این سیال به صورت نازک شونده است و از مدل توانی پیروی می کند. ناحیه فیزیکی جریان سیال به صورت سه بعدی با المان های شش وجهی به طور باسازمان گسسته سازی شد. تعداد سلول های ناحیه محاسباتی 20000 عدد است. جریان سیال به صورت آشفته فرض شده و از مدل دو معادله ای برای مدل سازی اغتشاش استفاده گردید. لوله مورد نظر دارای خروج از مرکزیت 5/0 و نسبت شعاع 5/0 است. سه حالت مختلف برای چرخش استوانه ها منظور شد. در حالت اول فقط استوانه داخلی می چرخد، در حالت دوم استوانه داخلی ثابت و فقط بیرونی می چرخد و در حالت سوم هر دو استوانه در گردش هستند اما خلاف جهت همدیگر. نشان داده شد توزیع سرعت محوری بین دو استوانه در ناحیه باریک با نتایج تجربی مطابقت دارد. همچنین نمودار تغییر تنش برشی روی سطوح داخلی و خارجی با تغییر سرعت دورانی استوانه داخلی رسم گردید. با افزایش سرعت دورانی اندازه تنش برشی بیشینه روی سطوح داخلی و خارجی لوله افزایش می یابد. در ضمن نتایج این شبیه سازی به صورت کانتور برای توزیع لزجت مولکولی، توزیع سرعت مماسی و توزیع فشار کل برای هر سه حالت ارائه شده است.

Keywords:

شبیه سازی , سیال غیرنیوتنی , گل حفاری , لوله غیر هم مرکز , تنش برشی